导读:本文包含了时域有限差分方法论文开题报告文献综述、选题提纲参考文献及外文文献翻译，主要关键词:时域,差分,方法,网格,稳定,雷电,声速。
时域有限差分方法论文文献综述
马立宪,李燕茹,陈帅,樊振宏[1]（2019）在《任意色散周期结构的时域有限差分方法分析》一文中研究指出利用辅助微分时域有限差分法求解了任意色散周期模型的电磁波传播问题。利用共轭复数对形式对任意色散媒质进行参数拟合,并将任意色散媒质的介电常数表示成公式形式,在FDTD迭代式中引入辅助微分方程,推导出了适用于多层任意色散模型的通用递推公式,分别求解了Debye、Drude与太阳能电池周期结构模型的电磁特性仿真问题。仿真结果表明:数值计算结果与CST商业软件仿真结果基本吻合,证明了所构建方法的有效性与普适性。(本文来源于《应用光学》期刊2019年05期）
刘志鹏[2]（2019）在《基于位函数的麦克斯韦—薛定谔耦合系统的时域有限差分方法》一文中研究指出随着科学技术的进步,电子器件的尺度已经缩减到了纳米级,这比光波的波长还要小。由于这种微型化,量子效应对整个模拟体系产生的影响越来越大,电子器件的模拟如果只考虑经典的麦克斯韦方程会带来极大的误差。带电粒子与经典电磁场组成的系统的模拟需要考虑到量子效应的影响。因此,通过求解薛定谔方程直接模拟粒子的量子效应势在必行。本文对麦克斯韦—薛定谔耦合系统的时域有限差分(Finite-Difference Time-Domain,FDTD)仿真进行了深入的研究。该系统是模拟和研究电磁辐射与带电粒子在半经典体系中相互作用的有效工具。传统的麦克斯韦方程用电场和磁场求解的方法容易遭受低频崩溃,所以当器件尺寸远小于电磁波波长时,该方法并不适用。基于此,本文提出了一种应用矢量磁位和标量电位的新方法来替代传统麦克斯韦方程。这种新方法更适合这个系统,因为它在低频范围内是稳定的。本文的具体工作内容主要分为以下几个方面:1.介绍了FDTD方法的一些基本理论知识体系。推导了等效于传统麦克斯韦方程的位函数公式用以求解电磁问题,我们称之为A-Φ方程。并对A-Φ方程进行了离散和差分。2.讨论了A-中方程的完全匹配层(Perfectly Matched Layer,PML)技术,总场散射场(Total Field/Scattered Field,TF/SF)技术。并与传统的麦克斯韦方程进行了对比。3.基于FDTD方法对薛定谔方程进行了研究。探讨了薛定谔方程两种不同的离散形式。实现了薛定谔方程的开域问题的模拟仿真。4.推导了基于位函数的麦克斯韦—薛定谔耦合系统方程。并对方程进行了差分离散。在考虑了电磁辐射的情况下,修正了薛定谔方程,解释了将这两个方程耦合在一起的粒子电流项。并对该系统的稳定性条件进行了分析和推导。最后加入人工量子点进行仿真。(本文来源于《安徽大学》期刊2019-05-01）
牛凯坤[3]（2019）在《时域有限差分方法的改进及在多物理场中的应用》一文中研究指出时域有限差分(Finite-Difference Time-Domain,FDTD)方法是一种对微分形式的麦克斯韦旋度方程进行中心差分离散化处理的时域递推算法,该方法可以直接获得电磁场在任意时间和空间上的解,经过50余年不断的完善和发展,FDTD方法已经成为了当今计算电磁学领域最流行的数值算法,并在诸多工程领域如微波器件、天线、超材料的设计,隐身飞机、舰艇等军事目标的雷达散射截面仿真,电路封装、电磁兼容和信号完整性分析等获得了广泛的应用。然而FDTD方法在处理实际问题当中也遇到了一些问题需要改进和发展:FDTD方法时间和空间离散步长的选取受到了稳定性和收敛性的限制,尤其面对电大和含精细结构的目标时,计算效率会大幅度降低;FDTD方法不仅可以精确求解麦克斯韦方程,亦在与其他物理方程的多物理场联合求解上展现出了极强的潜力,然而此方面的工作相对较少。基于FDTD方法存在的一些缺陷以及研究发展过程中多物理场仿真的迫切需求,论文开展了以下具体的研究工作:1、提出了随机混合显式隐式时域有限差分方法以处理电介质的不确定性,解决了人体组织和器官等介电参数具有统计随机特性物质的高效电磁模拟问题。所提的随机方法通过单次计算便可以得到宽频带电磁场的均值和方差,同时其时间步长不再受最细网格单元大小的限制,使其在处理空间分辨率具有高对比度的结构时具有更高的计算效率。2、基于弱条件稳定(weakly conditionally stable,WCS)和混合显式隐式(hybrid implicit-explicit,HIE)的FDTD方法提出了人工各项异性WCS-FDTD方法和HIE-FDTD方法,克服了精度与效率间的矛盾。所提算法将人工各向异性参数引入隐式算法以优化数值色散误差、提高计算精度,与此同时并没有增加计算的复杂度和物理内存的消耗。3、将FDTD方法的应用范围拓展到多物理场的仿真之中。实现了麦克斯韦-布洛克方程的自洽求解以描述增益媒质的四能级原子系统模型,并基于增益媒质与异常光传输的耦合机制提出了一种新颖的结构以降低欧姆损耗完全补偿时的阈值;实现了麦克斯韦-流体动力学方程的自洽求解来描述物体的非线性特性,并实现了旋转对称结构对二次谐波极化状态控制和准周期非线性超材料角动量的高维度转换,解决了传统的数值模型难以精准描述材料非线性特性的问题。(本文来源于《安徽大学》期刊2019-03-01）
杜远谋,周筠珺[4]（2019）在《基于时域有限差分方法的地铁车站地闪回击电磁场模拟》一文中研究指出研究地铁车站中地闪回击电磁场的传播特征有助于其防雷工作更有效地进行。基于闪电探测资料选取了某地铁站附近典型正(104 k A)、负(-14. 9 k A)地闪回击,使用二维时域有限差分法在地面无建筑物与真实建筑环境模型中研究了两次回击距车站260、200、100 m时,站厅层、站台层及左右进站隧道四个区域中央的水平电场、垂直电场、磁场。结果表明:地面无建筑物时最大水平电场、垂直电场峰值始终出现在站厅层中央,真实建筑环境下站厅层中央水平电场峰值仍最大,而左、右进站隧道中央的垂直电场峰值超过站厅层中央,两个模型下的最大磁场峰值均出现在站厅层或左进站隧道中央;对两次回击而言,相较地面无建筑物时模拟结果,真实建筑环境下其距车站260、200 m时站内各场分量峰值均衰减,但两次回击距车站100 m时左进站隧道中央垂直电场峰值均增加超过8%。结果对地铁车站雷击电磁脉冲防护有一定的指导意义。(本文来源于《科学技术与工程》期刊2019年04期）
任新成,朱小敏,郭立新[5]（2019）在《土壤表面与部分埋藏多目标复合散射的时域有限差分方法》一文中研究指出采用Dobson半经验模型和电介质复介电常数表示土壤介电常数的实部和虚部,用指数型分布粗糙面和Monte Carlo方法模拟土壤表面,运用时域有限差分方法研究土壤表面与部分埋藏多个矩形截面混凝土柱复合模型的电磁散射.结果表明:复合散射系数随散射角振荡变化;土壤表面高度起伏均方根、土壤含水率、目标介电常数、入射角对复合散射系数影响较大;土壤表面相关长度、目标截面宽度、高度、间距、倾角对复合散射系数影响较小;目标埋藏深度对复合散射系数几乎没有影响.与其他数值计算方法比较,采用时域有限差分方法既可获得较高的准确性,又可减少计算时间和内存占用量.可以用来计算地、海粗糙面与附近任意多目标的复合散射.(本文来源于《计算物理》期刊2019年05期）
田瑞敏,张华明[6]（2018）在《利用时域有限差分方法计算雷电水平电场》一文中研究指出雷电水平电场是计算电力架空线雷电感应过电压的重要参数,为了准确获得该参数值,本文利用时域有限差分方法(FDTD)对不同地面电导率情况以及距雷电回击通道不同距离处的雷电水平电场进行了计算和分析,结果表明:(1)地面电导率均匀情况下,地面电导率越大,计算距离越近,雷电水平电场波形愈加接近模式输入的电流波形,这与雷电水平电场中的辐射场分量较小有关,而增大地面电导率或者增加计算距离都会导致计算结果变小甚至波形出现双极性的特征;(2)地面电导率水平分层情况下,计算得到的雷电水平电场受上层土壤的电导率影响更大,但是下层不同电导率的土壤一定程度上改变了土壤整体的等效电导率,使得计算结果与均匀电导率情况下有所差别。(本文来源于《气象科技》期刊2018年05期）
魏晓琨[7]（2018）在《无条件稳定的电磁场区域分解时域有限差分方法及应用研究》一文中研究指出在计算电磁学领域,时域有限差分(finite-difference time-domain,FDTD)法有着目前还不能被其他数值计算方法所取代的地位,至今仍吸引着大量国内外研究人员和学者不断地探索和完善。随着科技的发展和进步,在电磁场与微波技术领域需要求解的电磁模型也越来越复杂并且趋于多尺度化。基于无条件稳定的快速时域数值方法在求解包含精细结构的多尺度电磁问题时具有传统FDTD所不具备的显着优势,而对于高性能无条件稳定FDTD法的研究,仍然需要进一步深入探索,主要体现在两个方面:首先,在理论方法方面,既需要提出基于电磁场区域分解技术的更高精度、更高效率的隐式无条件稳定FDTD法,也需要继续深入研究基于局部亚网格技术的显式无条件稳定FDTD法以突破显式步进时稳定性条件的限制并完善局部亚网格技术;其次,在工程应用方面,需要将快速的无条件稳定FDTD法用于求解新型电磁工程问题。本博士学位论文着眼于无条件稳定的电磁场快速FDTD法及其应用研究:在理论上较深入、系统地研究了基于电磁场区域分解技术的隐式无条件稳定FDTD法和基于局部亚网格技术的显式无条件稳定FDTD法;并且进一步扩展了快速FDTD的工程应用范围,将其用于数值仿真时间反演电磁波的传播特性、周期结构金属光栅的超强光透射和色散土壤中的探地雷达等复杂的电大尺寸、多尺度电磁问题。本文的主要研究内容分为以下四个部分。第一部分,研究了基于加权Laguerre多项式(weighted Laguerre polynomials,WLPs)的区域分解隐式无条件稳定FDTD法。首先,提出了一种基于节点变量的高效率区域分解WLP-FDTD,完善了电磁场隐式FDTD法中区域分解技术的理论体系,并将其用于求解二维电磁带隙结构的S参数。其次,在区域分解WLP-FDTD中引入了高阶完全匹配层(perfectly matched layer,PML)吸收边界条件,并以多目标遗传算法优化选择高阶PML中的关键参数,使得提出方法可以精确、高效地求解和仿真开放空间的电磁问题。最后,将提出的区域分解WLP-FDTD用于时间反演电磁波传播特性的求解,主要包括:时空聚焦和远场超分辨率聚焦等。第二部分,研究了隐式无条件稳定Crank-Nicolson(CN)FDTD法中的区域分解技术。首先,在CN-FDTD中引入了区域分解技术以提高仿真和计算复杂、多尺度电磁问题时的效率,并在区域分解CN-FDTD中给出了Drude色散模型、不分裂场PML吸收边界条件和周期边界条件,通过矩阵带宽压缩技术实现区域分解技术在CN-FDTD中的高效实施。其次,区域分解CN-FDTD的工程应用:数值仿真并分析了周期结构金属光栅的超强光透射现象。第叁部分,研究了基于空间滤波技术的局部亚网格FDTD法。以空间滤波技术实现的显式无条件稳定FDTD,在保持显式步进的前提下增大了时间步长,显着提高了传统FDTD在仿真电大尺寸、多尺度电磁问题时的效率。首先,提出了叁维空间滤波局部亚网格FDTD法,理论分析主要包括:解释空间滤波技术的基本原理、实现Debye色散模型的数值求解和不分裂场单轴PML(uniaxial,UPML)吸收边界条件的公式推导。其次,在叁维计算空间求解了实际色散土壤中的探地雷达问题。最后,基于时间反演电磁波的时空聚焦,分别在理想电导体(perfectly electric conductor,PEC)边界和PML边界下实现了任意电磁场的空间赋形。第四部分,研究了基于显式FDTD和隐式无条件稳定CN-FDTD的混合局部亚网格FDTD法。首先,提出了混合局部亚网格FDTD法的理论体系,分别实现了二维和叁维CN-FDTD对Debye色散模型的数值求解,并在叁维CN-FDTD中详细推导了不分裂场UPML吸收边界条件的求解公式和区域分解技术在叁维空间的高效实施。其次,将提出的高效混合局部亚网格FDTD法用于模拟和计算色散土壤中的探地雷达问题。(本文来源于《电子科技大学》期刊2018-09-13）
孙浩宇[8]（2018）在《基于时域有限差分方法的等离子体鞘套与电磁波相互作用的研究》一文中研究指出近年来,临近空间高超声速飞行器由于在军事领域的潜在战略价值和在商业通信领域的潜在应用价值,吸引了越来越多的国内外学者的关注。当高超声速飞行器重返地球大气层时,由于飞行器头部的气体被压缩而在飞行器头部形成弓形脱体激波,同时通过与周围空气的剧烈摩擦,飞行器的大量动能转化为热能,导致周围空气温度急剧升高,引起空气各组分之间发生如离解和电离等在内的化学反应。另外,飞行器表面隔热材料在受热情况下出现烧蚀,产生的烧蚀产物随流体流动释放到飞行器周围的流场中。最终,在飞行器周围形成了由大量自由电子、离子和中性粒子组成的等离子体鞘套或再入等离子体。等离子体鞘套是非磁化、低温、弱电离的,在宏观尺度上呈电中性,它影响飞行器与地面基站之间的电磁通信,造成遥测和通信故障甚至“黑障”。同时,等离子体鞘套引起的对电磁波的反射、折射和衰减改变了高超声速飞行器的雷达散射特性,影响了再入飞行器的目标识别与跟踪。因此,对电磁波与等离子体鞘套之间的相互作用机理展开研究具有重要的意义。本文在传统FDTD迭代公式基础上,给出了高阶FDTD的差分格式,并针对高阶FDTD(2,4)的时间离散间隔、Courant稳定性条件、数值色散以及数值各向异性进行了分析。结果表明相比于传统的FDTD方法,高阶FDTD(2,4)不仅在数值精度上有优势,而且在数值引起的各向异性影响更小。在对比了处理色散介质中电磁波传播问题的PLRC-FDTD方法和ADE-FDTD方法的优劣后,将高阶FDTD差分格式引入ADE-FDTD中得到高阶ADE-FDTD(2,4)方法。通过计算等离子体的后向散射结果对比分析了ADE-FDTD与高阶ADE-FDTD(2,4)的计算精度,数值结果表明,后者与Mie理论的计算结果吻合得更好。在建立目标模型的FDTD电磁网格时,本文采用基于射线追踪的质心坐标求交法,对FDTD网格射线与模型表面的叁角面元进行相交检测,然后生成常规FDTD网格以及共形FDTD网格。相比于以往的方法,本文所采用的方法不需要预先计算叁角面元所在的平面方程,因而能够更快速地判定射线与叁角面元是否相交。而且由于只需要存储叁角面元的顶点信息,而不需要存储叁角面元的面法向量等信息,因而质心坐标求交法所能节省的内存,根据模型的大小以及叁角面元所共用的顶点数量,从大约25%到50%不等。以叁维金属钝锥和金属球模型为再入目标,采用双温度模型和七组元化学反应模型对高超声速再入目标绕流流场进行求解。分析不同飞行高度和飞行速度下的钝锥以及球体周围绕流流场中的电离度、德拜长度、等离子体频率与碰撞频率等各项等离子体特性参数的分布特点,为后续研究分析高超声速绕流流场对再入目标电磁散射的影响提供基础。从等离子体的相对介电常数的实部与虚部以及折射率的实部与虚部与入射电磁波频率、等离子体频率和碰撞频率的关系出发,研究电磁波与等离子体的相互作用机理。以叁维金属钝锥模型和金属球模型为高超声速再入目标,研究不同飞行场景下的等离子体鞘套对再入目标的电磁散射特性的影响。数值结果表明,等离子体鞘套对再入目标的电磁散射特性的影响大致可以分为增强段、衰减段和平稳段等叁个阶段。在增强段(频率约1.5GHz以下),等离子体鞘套会增大目标的电磁散射特性;在衰减段(频率1.5GHz~14GHz的范围内),由等离子体引起的电磁波的折射和衰减随着入射波频率的提高而增强,从而导致等离子体绕鞘套会减小目标的电磁散射特性,这也意味着等离子体鞘套对再入目标具有一定的隐身作用;在平稳段(频率14GHz以上),等离子体鞘套对再入目标的电磁散射特性影响较小。(本文来源于《西安电子科技大学》期刊2018-09-01）
王文兵,周辉,马良,程引会,刘逸飞[9]（2018）在《共形单步交替方向隐式时域有限差分方法及其改进》一文中研究指出提出了一种基于共形网格技术的共形单步交替方向隐式时域有限差分(CLeapfrog ADI-FDTD)方法。与常规FDTD方法相比,此方法能够减小由于目标边界不契合网格划分而引入的阶梯近似误差,提高算法计算不规则目标时的精度;同时算法稳定性更强,计算效率更高。由于引入共形技术后显着降低了原差分法的无条件稳定性,本文利用增长矩阵本征值方法理论分析了算法的稳定性,然后采用了一种改进的共形面积计算方法,在此基础上提出了一种稳定性更高的改进的共形单步交替方向隐式时域有限差分(ICLeapfrog ADI-FDTD)方法。数值算例验证了ICLeapfrog ADI-FDTD是一种具有高稳定性和高精度的高效算法。(本文来源于《强激光与粒子束》期刊2018年07期）
徐士杰[10]（2018）在《基于时域有限差分方法的细胞光散射研究》一文中研究指出细胞是生命的重要组成部分。在医学研究和临床诊断中,许多疾病的诊断和治疗依据细胞的形态大小和内部情况进行判别。在医学诊断技术中,光学诊断技术因其非侵入性,操作方便快捷等优点,被越来越多的应用在细胞检测中。细胞光散射技术对组织和细胞具有无创伤性,正逐步成为光学技术中重要的领域。人们主要基于Mie散射理论对细胞光散射进行研究。Mie理论将细胞看成均一的球体,无法构建能够真实反映细胞光散射信息和细胞结果直接关系的模型。时域有限差分方法将模拟空间划分成离散网格,能够建立包含任意结构的模型,模拟更加贴合实际情况的细胞光散射图像,逐渐被应用到细胞光散射模拟研究中。但是在叁维空间中运用时域有限差分方法建立模型需要大量的计算,对硬件的要求高,耗费时间长,本文所建立的二维细胞模型和光散射模拟降低了工作量,为光散射研究提供了一个快捷有效的工具。本论文首先探讨了光散射基础知识和时域有限差分方法。之后建立二维细胞模型,进行细胞光散射研究。首先求得二维空间中FDTD方法的递推公式,进行近远场外推,设置参数,验证程序,建立二维细胞模型,模拟光散射,讨论不同因素对细胞光散射的影响,最后与酵母细胞的光散射实验结果进行比较,讨论酵母细胞数目和酵母细胞光散射之间的关系。(本文来源于《山东大学》期刊2018-05-09）
时域有限差分方法论文开题报告
（1）论文研究背景及目的
此处内容要求：
首先简单简介论文所研究问题的基本概念和背景，再而简单明了地指出论文所要研究解决的具体问题，并提出你的论文准备的观点或解决方法。
写法范例：
随着科学技术的进步,电子器件的尺度已经缩减到了纳米级,这比光波的波长还要小。由于这种微型化,量子效应对整个模拟体系产生的影响越来越大,电子器件的模拟如果只考虑经典的麦克斯韦方程会带来极大的误差。带电粒子与经典电磁场组成的系统的模拟需要考虑到量子效应的影响。因此,通过求解薛定谔方程直接模拟粒子的量子效应势在必行。本文对麦克斯韦—薛定谔耦合系统的时域有限差分(Finite-Difference Time-Domain,FDTD)仿真进行了深入的研究。该系统是模拟和研究电磁辐射与带电粒子在半经典体系中相互作用的有效工具。传统的麦克斯韦方程用电场和磁场求解的方法容易遭受低频崩溃,所以当器件尺寸远小于电磁波波长时,该方法并不适用。基于此,本文提出了一种应用矢量磁位和标量电位的新方法来替代传统麦克斯韦方程。这种新方法更适合这个系统,因为它在低频范围内是稳定的。本文的具体工作内容主要分为以下几个方面:1.介绍了FDTD方法的一些基本理论知识体系。推导了等效于传统麦克斯韦方程的位函数公式用以求解电磁问题,我们称之为A-Φ方程。并对A-Φ方程进行了离散和差分。2.讨论了A-中方程的完全匹配层(Perfectly Matched Layer,PML)技术,总场散射场(Total Field/Scattered Field,TF/SF)技术。并与传统的麦克斯韦方程进行了对比。3.基于FDTD方法对薛定谔方程进行了研究。探讨了薛定谔方程两种不同的离散形式。实现了薛定谔方程的开域问题的模拟仿真。4.推导了基于位函数的麦克斯韦—薛定谔耦合系统方程。并对方程进行了差分离散。在考虑了电磁辐射的情况下,修正了薛定谔方程,解释了将这两个方程耦合在一起的粒子电流项。并对该系统的稳定性条件进行了分析和推导。最后加入人工量子点进行仿真。
（2）本文研究方法
调查法：该方法是有目的、有系统的搜集有关研究对象的具体信息。
观察法：用自己的感官和辅助工具直接观察研究对象从而得到有关信息。
实验法：通过主支变革、控制研究对象来发现与确认事物间的因果关系。
文献研究法：通过调查文献来获得资料，从而全面的、正确的了解掌握研究方法。
实证研究法：依据现有的科学理论和实践的需要提出设计。
定性分析法：对研究对象进行“质”的方面的研究，这个方法需要计算的数据较少。
定量分析法：通过具体的数字，使人们对研究对象的认识进一步精确化。
跨学科研究法：运用多学科的理论、方法和成果从整体上对某一课题进行研究。
功能分析法：这是社会科学用来分析社会现象的一种方法，从某一功能出发研究多个方面的影响。
模拟法：通过创设一个与原型相似的模型来间接研究原型某种特性的一种形容方法。
时域有限差分方法论文参考文献
[1].马立宪,李燕茹,陈帅,樊振宏.任意色散周期结构的时域有限差分方法分析[J].应用光学.2019
[2].刘志鹏.基于位函数的麦克斯韦—薛定谔耦合系统的时域有限差分方法[D].安徽大学.2019
[3].牛凯坤.时域有限差分方法的改进及在多物理场中的应用[D].安徽大学.2019
[4].杜远谋,周筠珺.基于时域有限差分方法的地铁车站地闪回击电磁场模拟[J].科学技术与工程.2019
[5].任新成,朱小敏,郭立新.土壤表面与部分埋藏多目标复合散射的时域有限差分方法[J].计算物理.2019
[6].田瑞敏,张华明.利用时域有限差分方法计算雷电水平电场[J].气象科技.2018
[7].魏晓琨.无条件稳定的电磁场区域分解时域有限差分方法及应用研究[D].电子科技大学.2018
[8].孙浩宇.基于时域有限差分方法的等离子体鞘套与电磁波相互作用的研究[D].西安电子科技大学.2018
[9].王文兵,周辉,马良,程引会,刘逸飞.共形单步交替方向隐式时域有限差分方法及其改进[J].强激光与粒子束.2018
[10].徐士杰.基于时域有限差分方法的细胞光散射研究[D].山东大学.2018
论文知识图
